餐廳結(jié)算系統(tǒng)基于單片機控制的硬件和軟件設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u237231.1系統(tǒng)單片機模塊 250751.2OLED液晶顯示模塊 3271361.3OV2640攝像頭模塊 566981.4藍牙模塊 9307612軟件部分設(shè)計 11219582.1軟件總體設(shè)計 11132042.2攝像頭如何進行圖像識別 121硬件部分的設(shè)計由單片機核心控制模塊、OV2640攝像頭模塊、LCD液晶顯示模塊、CC2541藍牙模塊模塊等組成的系統(tǒng)構(gòu)成了歐亞學(xué)院智能餐廳結(jié)算系統(tǒng)的硬件部分。經(jīng)過對系統(tǒng)的研究以及方案的論證，最終確定了如圖1.1所示的硬件系統(tǒng)框圖。圖1.1硬件系統(tǒng)框圖1.1系統(tǒng)單片機模塊本系統(tǒng)所選用的核心主控芯片是STM32F407系列的微控制器，該微控制器是基于ARMCortex_M3的32位微控制處理器，其內(nèi)部包含有高速存儲器ROM，STM32F103系列的單片機其工作頻率最高可達168兆赫。并且該微控制器含有豐富的I/O端口以及兩條高級外圍設(shè)備總線（APB總線）以及連接到兩條高級高速總線（AHB總線）的外設(shè)。內(nèi)部帶有2個PWM定時器和14個16位定時器。STM32F103系列單片機的內(nèi)部器件如表1.1所示。從包含的內(nèi)部器件可以看出，其通信接口相對來說比較豐富，同時具有功耗的優(yōu)點，因此該單片機應(yīng)用于生活的各種場景。它的實物圖片如圖1.2所示：圖1.2主控芯片實物圖表1.1內(nèi)部的器件表外設(shè)參數(shù)定時器通用定時器10個（TIM2到TIM5、TIM9到TIM14）高級控制定時器2個（TIM1和TIM8）基本定時器2個（TIM6和TIM7）通信接口SPISPISPI1、SPI2IICIICIIC1、IIC2USARTUSART1USART2USART33個(USART1、USART2、USART3)USB1個(USB2.0全速)CAN1個(2.0B主動)GPIO端口14412位ADC模塊(通道數(shù)）2(10)2(10)2(16)2(16)CPU的頻率168MHz電壓1.8~1.6V溫度環(huán)境溫度：-40°C~85°C（TA）封裝LQFP1001.2OLED液晶顯示模塊OLED即有機發(fā)光二極管，它采用的是非常薄的有機材料，一旦有電流通過他就會發(fā)光，而且當(dāng)今國際上各大生產(chǎn)廠商都把它運用到電視，手機，電腦等領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。圖1.3OLED液晶顯示屏實物圖OLED液晶顯示屏其工作電路圖如圖1.4所示：圖1.4OLED液晶顯示屏電路圖該OLED液晶顯示模塊有如下優(yōu)點：本屏所用的驅(qū)動IC為SSD1306；其具有內(nèi)部升壓功能；2、可以對圖片、字符、漢字進行取模；3、帶接線端子，同時保留焊線接點，很方便使用。4、功耗小，效率高。輸入電壓3V~5.5V,輸出電壓3V~5.5V，轉(zhuǎn)換效率高。5、四線制接口，引腳簡單，方便進行開發(fā)。OLED的管腳說明如下圖1.5所示:圖1.5OLED管腳功能說明單片機采用1.3V/5V電壓的接線模式,下圖是OLED與單片機硬件連接說明如下表1.7所示：表1.7OLED硬件連接說明OLED管腳GNDD0VCCD1PESDCCS主控芯片管腳GNDPE0+5VPE1PE2PE3PE41.3OV2640攝像頭模塊本系統(tǒng)所使用的攝像頭是一款尺寸為1632*1232的圖像傳感器。該攝像頭在使用時可以通過SCCB總線來控制，同時可以輸出去整振的數(shù)據(jù)以及進行子采樣，也支持圖片縮放和取窗口等方式。其分辨率為8位或10位。模塊的特點如下：一二三四五六七八九支持標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口，同時兼容IIC接口支持RawRGB、RGB(RGB565/RGB555)、GRB422、YUV(422/420)和YCbCr（422）的輸出樣式能將UXGA、SXGA、SVGA以及按比例縮小到任何尺寸支持自動曝光控制、自動增益制、自動白平衡、自動消除燈光條紋、自動黑電平支持色飽和度的調(diào)節(jié)、色相的設(shè)置、伽馬設(shè)置以及銳度設(shè)置。支持圖像按比例縮小以及圖片的平移和窗口大小的設(shè)置可以圖像壓縮，同時也可以輸出JPEG圖像數(shù)據(jù)嵌入式微處理器提供模塊集成有源晶振，無需外部提供時鐘，集成LDO，只需要1.3V電壓就能正常工作該模塊的實物圖如下圖1.6所示：圖1.6攝像頭實物圖此模塊的工作原理圖如下圖1.7所示：圖1.7攝像頭OV2640工作原理圖OV2640的管腳功能如表1.2所示：表1.2OV2640的管腳功能描述管腳描述OV_SCLSCCB總線的時鐘線OV_SDASCCB總線的數(shù)據(jù)線OV_RESETB系統(tǒng)復(fù)位管腳，低電平有效（IN）OV_PWDN掉電/省電模式，高電平有效OV_HREF行同步信號OV_VSYNC幀同步信號OV_PCLK像素同步時鐘輸出信號XCLK外部時鐘輸入端口Y0~Y9像素數(shù)據(jù)輸出端口OV_D0~D7數(shù)據(jù)線（OUT）利用OV2640攝像頭可以很方便的實現(xiàn)：照片的捕獲，通過捕獲照片的形狀計算出物品價格。目前廣泛應(yīng)用在汽車、安檢、計算機、工業(yè)、通信和醫(yī)療等領(lǐng)域。圖1.9OV2640攝像頭與STM32引腳連接圖OV2640的管腳與主控芯片硬件連接說明如表1.3所示：表1.3OV2640硬件連接說明1.4藍牙模塊BLE-CC41-A藍牙模塊采用TI公司的CC2541芯片，內(nèi)置256KB的存儲空間，其實物如圖1.10所示。它的主要特點有：工作頻率為2.4GHz，采用GFSK調(diào)制方式，超低功耗，供電電壓為1.3V，主從一體，靈敏度高。其電路原理如圖1.11所示。圖1.10CC2541藍牙模塊實物圖圖1.11CC2541藍牙模塊原理圖CC2541藍牙模塊管腳具體含義及作用如圖1.4所示：圖1.4管腳功能藍牙模塊連接引腳關(guān)系：CLEAR：可編程輸入輸出接口+5V：電源輸入GND：接地TX：連接單片機串口的RXRX：連接單片機串口的TXMCU_INT:主機中斷指示口，空閑為低，連接上為高2軟件部分設(shè)計2.1軟件總體設(shè)計本系統(tǒng)的軟件部分由主程序、OV2640攝像頭程序、OLED液晶顯示屏代碼、藍牙模塊等若干子程序構(gòu)成。本系統(tǒng)在設(shè)計過程中，軟件部分采用的是C語言進行攥寫代碼，同時采用模塊化的編程思想，這樣做的好處是程序結(jié)構(gòu)清晰易懂，方便后續(xù)進一步的修改和以及功能的擴展。當(dāng)OV2640攝像頭模塊識別到餐盤時，系統(tǒng)就會調(diào)用自動結(jié)算功能，統(tǒng)計餐具總和，并且在OLED液晶顯示屏上顯示當(dāng)前餐具的總金額，同時使用CC2541藍牙模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個顯示屏，再將結(jié)算金額傳送到校園一卡通上。整個程序最終實現(xiàn)的目的如下：1、OV2640攝像頭捕獲圖片信息。2、調(diào)用系統(tǒng)結(jié)算功能計算金額總和。3、通過OLED液晶顯示屏顯示金額。4、使用藍牙將數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示屏上同步顯示。主程序流程圖如圖2.1所示：圖2.1主程序流程圖2.2攝像頭如何進行圖像識別2.2.1OV2640攝像頭模塊OV2640一款圖像傳感器。在硬件設(shè)計時通過SCCB總線進行控制。其可以輸出整幀的數(shù)據(jù)以及進行子采樣。也可以對獲取到的圖片進行縮放和取窗口等方式的設(shè)置。其分辨率為6位或者8位。同時該攝像頭模塊支持自動曝光控制、自動增益控制、自動白平衡、自動消除燈光條紋、自動黑電平校準(zhǔn)等自動控制功能。也支持色飽和度、色相、伽馬、銳度等設(shè)置。支持圖像壓縮，即可輸出JPEG圖像數(shù)據(jù)。OV2640攝像頭模塊程序流程圖如圖2.2所示：圖2.2OV2640攝像頭模塊程序流程圖2.2.2餐盤顏色和形狀識別（1）顏色識別本設(shè)計的核心內(nèi)容是顏色的識別，這一環(huán)節(jié)是本設(shè)計的核心內(nèi)容。本設(shè)計實現(xiàn)餐盤顏色識別，首先是要確保攝像頭采集到了當(dāng)前餐盤圖像中的餐盤特征信息，將每個餐盤的信息與存盤的信息進行對比，確定其對應(yīng)的價格，并進行信息匯總。為了識別和檢測圖像該設(shè)計原理是基于圖像識別，它是一種捕捉，處理，檢查和理解照片的方法。識別顏色的流程圖如下圖所示：圖2.3識別顏色程序圖（2）輪廓提取餐盤顏色信息提取之后，便將圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖，對圖片進行二值化，提取餐盤的形狀，圓形和方形，讀取信息，精確識別。調(diào)用尋找輪廓函數(shù)。在自動結(jié)算時，首先要對餐盤的輪廓進行提煉，這樣做的目的就是為了方便進行計價。其次是將獲取到的圖片轉(zhuǎn)為灰度圖，然后對轉(zhuǎn)換后的灰度圖進行二值化，二值化完成之后再進行一次輪廓提取，最后收集所需要的信息。提取輪廓的過程如下圖7所示。圖7輪廓提取過程4.2.3信息獲取對餐盤的顏色，輪廓信息識別之后進行信息匯總，與信息盤信息進行比對，餐